Diffusie en Osmose

Diffusie en Osmose

In deze video wil ik het over diverse onderwerpen hebben

die aan elkaar gerelateerd zijn.

En op een niveau, zijn ze erg simpel, maar op een ander niveau,

kunnen ze mensen in verwarring brengen.

Dus hopelijk kunnen we hier verbetering in aanbrengen.

Maar goed, een goede plaats om te starten - Laten we ons voorstellen dat ik

hier een soort bak heb.

Dit is dus mijn bak, en in die bak

heb ik wat watermoleculen.

Het bevat gewoon wat watermoleculen.

Ze bewegen allemaal langs elkaar heen.

Het is in de vloeibare vorm, dit is vloeibaar water.

En tussen deze watermoleculen, heb ik

een aantal suikermoleculen.

Misschien dat ik suiker in deze roze kleur ga doen.

Goed, ik heb dus een aantal suikermoleculen hier.

Ik heb echter heel veel meer watermoleculen.

Dat zal ik even duidelijker maken.

Ik heb heel veel meer watermoleculen in deze bak hier.

In een situatie zoals deze, noemen we het spul waar we

meer van hebben, het oplosmiddel of solvent.

In dit geval, zijn er meer watermoleculen en je kan

er ook letterlijk meer moleculen zien.

Ik ga hier verder niet in op de hele discussie over mol enzo,

omdat je dit misschien wel, misschien nog niet bekend

hebt, maar stel je gewoon voor dat dat waar er meer van is,

dat hetgene is wat we het oplosmiddel gaan noemen.

Dus in dit geval, water is het oplosmiddel. (Solvent)

En waar er minder van is - in dit geval, is dat de

suiker - dat noemen we de opgeloste stof of solute.

Dit is de opgeloste stof, dus de suiker,

Het hoeft geen suiker te ziijn.

Het kan ieder molecuul zijn waarvan er "minder" is, minder dan water

in dit geval

Suiker is de opgeloste stof. (Solute)

En we zeggen dat de suiker opgelost is in het water.

Suiker is opgelost in het water.

En dit hele gebeuren hier, the combinatie van de

water- en de suikermoleculen, noemen we een oplossing.

We noemen dit hele ding een oplossing. ("Solution")

En een oplossing heeft een oplosmiddel en een opgeloste stof.

Het oplosmiddel is water.

Dat hetgene dat het oplossen doet, en hetgene dat

opgelost is, is de suiker.

Dat is de opgeloste stof.

Dit is misschien een herhaling voor je, of misschien ook niet, maar ik

doe dit met een reden - omdat ik het wil hebben over,

ik wil het hebben over het concept diffusie.

Diffusie. ("Diffusion")

En het idee is eigenlijk vrij rechtoe rechtaan.

Als ik, laten we zeggen, dezelfde bak heb.

Of laten we een iets andere bak nemen,

om het over diffusie te hebben.

We komen terug op water en suiker,

met name terug op water.

We hebben hebben hier een bak, en laten we zeggen dat het

een aantal... Laten we zeggen dat er alleen wat lucht-deeltjes in zitten

Het kan vanalles zijn - zuurstof of koolstofdioxide.

Goed, ik teken hier dus een aantal luchtmoleculen.

Dus we stellen dat dit gasvormig is - om het n naampje te geven -

gasvormig zuurstof.

Dus dit is allemaal O2 - alle deeltjes, begrijp je?

En laten we stellen dat dit de huidige situatie is,

dat dit allemaal een vacuüm is, en er is sprake van

temperaturen.

Deze watermoleculen, die hebben een

soort van kinetische energie.

Ze bewegen in een soort willekeurige richtingen hier.

Mijn vraag is, wat staat er te gebeuren,

wat staat er te gebeuren in dit type bak

Wel, eenieder van deze jongens gaat op willekeurige wijze

botsen met een ander.

Het is waarschijnlijker dat ze botsen met dingen als ze een beneden/links-richting hebben,

dan als die richting boven-rechts is.

Dus als deze jongen in deze beneden/links-richting zou gaan,

zal hij botsen met iets, en dan

wegketsen in de boven/rechts-richting.

Maar in de boven/rechts-richting,

is er niets om tegenaan te botsen.

Dus, algemeen gezien, beweegt alles in willekeurige richtingen,

maar het is waarschijnlijker dat je in staat bent te bewegen naar

rechts toe.

Als je naar links gaat, is de kans groter dat je ergens

tegen aan botst.

Dus, het is bijna gezond verstand gebruiken en je snapt het.

Na een tijdje, als je het systeem in

een soort evenwicht laat komen - Ik ga daar niet in detail

over uitbreiden,

je kan de thermodynamica-videos kijken

als je dat wilt zien.

Je zal zien dat de container er uiteindelijk

ongeveer zo uit zal zien.

Ik kan dit niet garanderen,

er is een kans dat het zal blijven zoals hier,

maar het is erg waarschijnlijk dat deze vijf deeltjes

relatief verdeeld zullen zijn over de bak.

Dit is diffusie, en het is dus eigenlijk gewoon het verdelen

van deeltjes of moleculen van een hoog concentratiegebied naar een

laag concentratiegebied, duidelijk?

In dit geval, gaan de moleculen zich verspreiden in

die richting, van een hoog concentratie- naar een

laag concentratiegebied.

En nu vraag je je af, Sal, wat is concentratie?

En er zijn vele manieren om concentratie te meten,

en je kan ingaan op molariteit en molaliteit enzo.

Maar het hele simpele idee is: hoeveel van dat deeltje

heb je per eenheid ruimte?

Hier heb je dus een boel van deze deeltjes,

en hier heb je heel weinig van

deze deeltjes per eenheid ruimte.

Dit is dus een "hoge" concentratie, en

dat is een "lage"concentratie.

Je zou je ook andere experimenten zoals deze kunnen voorstellen.

Je zou een oplossing kunnen bedenken zoals -

laten we zoiets doen.

Laten we dit maken....

Laten we zeggen dat ik twee bakken heb.

Twee bakken dus...

Laten we terug gaan naar de oplossing situatie.

Dit was een gas, maar ik was begonnen met dat voorbeeld,

dus laten we bij dat voorbeeld blijven.

Goed, stel we hebben een deur hier, en die is groter

dan zowel de water- als suikermoleculen.

Aan beide kanten heb ik een lading watermoleculen

een aantal watermoleculen... aan iedere kant... zo ongeveer... aan beide kanten...

Dus ik heb veel watermoleculen.

Als ik alleen watermoleculen zou hebben hier,

ze stuiteren rond in willekeurige richtingen, dus de kans

dat een watermolecuul deze kant op gaat, is equivalent aan de kans dat

een watermolecuul die kant op gaat, aangenomen dat beide kanten

hetzelfde niveau van van watermoleculen hebben, anders

zou de druk anders zijn.

Maar laten we aannemen dat de bovenkant van deze hetzelfde

is als de bovenkant van deze.

Er is dus niet meer druk om de ene

richting in te gaan dan een andere.

Dus, als voor welke reden ook, een groter aantal watermoleculen

de rechterkant op gingen, dan zou opeens

deze kant zich vullen met meer water, en we weten dat

dat niet waarschijnlijk is.

Dus dit is gewoon een oplossing - nee, dit zijn gewoon twee bakken met water,

Later we iets in gaan oplossen.

Laten we onze op te lossen stof erin op gaan lossen, en laten we

alles aan de linkerkant oplossen.

Dus we stoppen wat suikermoleculen aan de linkerkant.

En deze zijn klein genoeg om door de kleine buis te kunnen.

Dat is een aanname die ik maak.

Dus wat gaat er gebeuren?

Al deze dingen hebben een soort kinetische energie.

Ze stuiteren allemaal in het rond.

Goed, na een tijdje, terwijl het water heen en weer gaat.

Gaat dit watermolecuul misschien wel deze kant op.

Dat watermolecuul gaat misschien die kant op, maar ze vlakken

elkaar uit. Maar na een tijdje zal een van deze grote suikermoleculen

net de juiste richting ingaan om

erdoor te gaan - misschien dat deze jongen, in plaats van die

richting te gaan, toch die kant op gaat.

Hij gaat net door de tunnel die de twee bakken

verbind, en dan eindigt hij hier, zie je?

En deze jongen gaat hier weer verder met stuiteren.

En er is een kans dat hij weer terug gaat, maar er zijn

nog steeds meer deeltjes, meer suikerdeeltjes, hier dan hier.

Dus het is nog steeds waarschijnlijker dat een van deze jongens

die kant op gaat, dan dat een van deze jongens

die kant op gaat.

Je kan je voorstellen dat als je dit doet met triljoenen deeltjes -

Ik gebruik er maar vier - dat na een tijdje

de deeltjes zich verdeeld hebben zodat hun concentraties

ongeveer gelijk zullen zijn.

Dus mischien heb je er twee hier na een tijdje.

Maar wanneer je er maar drie of vier of vijf

deeltjes hebt, is er een kans dat dit niet gebeurt,

maar wanneer je het doet met triljard deeltjes, en ze zijn

super klein, dan is het erg, heel erg waarschijnlijk.

Maar hoe dan ook, dit hele proces - we zijn van

een bak met hoge concentratie naar een bak

met lage concentratie gegaan en de deeltjes zullen

zich van de lage-concentratiebak naar de

hoge-concentratiebak verspreid hebben.

Dus ze zijn gediffundeerd.

Dit is diffusie.

Dit is diffusie.

En om wat andere woorden te leren die wel

gebruikt worden rond het idee van diffusie - toen we begonnen

had dit een hogere concentratie.

De linker bak had hogere concentratie.

hogere concentratie...

Het is allemaal relatief he,

het is hoger dan deze.

En deze hier had een lage concentratie.

lage concentratie....

En er zijn woorden voor deze dingen.

De oplossing met een hoge concentratie noemen we

een hypertone oplossing.

Dat gaan we even in geel schrijven.

hyper... hypertone oplossing.

Hyper, in het algemeen, betekend ergens veel van hebben,

ergens té veel van hebben.

En deze lagere concentratie is hypotoon.

hypó-toon... hypotone oplossing... lage concentratie...

Misschien heb je wel eens familie gehad,

die als een tijd niet gegeten hebben zeggen, ik ben hypo-, hypoglycemisch.

Dat houdt in dat ze niet -

ze voelen zich licht in het hoofd.

Er is niet genoeg suiker in hun bloed,

en ze gaan flauwvallen, dus ze willen eten.

Als je net een Mars gehad hebt, ben je misschien wel hyperglycemisch -

of misschien ben sowieso wel hyper.

Dit zijn sowieso goede voorvoegsels om te kennen,

maar hypertoon - je hebt veel van de opgeloste stof.

Je hebt een hoge concentratie.

En dan met hypotoon, niet zoveel van de opgeloste stof, dus

je hebt een lage concentratie.

Dit zijn goede woorden om te kennen.

Dus in het algemeen, diffusie - als er geen barrières zijn voor de

diffusie zoals hier was, dan gaat de opgeloste stof

van een hoge concentratie of hypertone oplossing als het kan verplaatsen

naar een hypotone oplossing, naar en hypo, waar

de concentratie lager is.

Goed, laten we een interessant experiment doen hier.

We hebben het over diffusie gehad, en over

diffusie van de opgeloste stof, toch?

En in het algemeen - en dus niet altijd - als je

zo algemeen wilt zijn als mogelijk, dan is de opgeloste stof

datgene waar je minder van hebt, het oplosmiddel is

dat waar je meer van hebt.

Het meest gebruikelijke oplosmiddel is meestal water, maar

het hoeft geen water te zijn.

Het zou een soort alcohol kunnen zijn.

Het zou kwik kunnen zijn.

Het zou een hele reeks van moleculen kunnen zijn, maar

water is in de meeste biologische en chemische systemen

het standaard oplosmiddel.

Het is waar andere dingen in opgelost worden.

Maar wat gebeurd er als we een tunnel hebbel waarbij de opgeloste stof te

groot is om erdoorheen te passeren, maar water wel klein genoeg is?

Laten we stil staan bij die situatie.

Om hier over na te denken, ga ik iets

interessants doen.

We hebben hier een bak.

Of eigenlijk ga ik die container niet eens tekenen.

We nemen een niet besloten omgeving waarin

we wat water hebben.

Dit is de onafgesloten omgeving, en dan is er

een soort membraan.

een soort membraan dus

Water kan in en uit dit membraan.

Dus het is halfdoorlaatbaar of semi-permeabel.

Dus, het is doorlaatbaar voor water, maar de opgeloste stof

kan niet door het membraan.

Laten we stellen dat de opgeloste stof suiker is.

We hebben dus water aan de buitenkant,

en ook aan de binnenkant van het membraan.

Dit zijn kleine watermoleculen.

Dit hier is een membraan.

En laten we stellen dat we weer wat suikermoleculen hebben -

Ik blijf suiker maar lastigvallen -

Het had vanalles kunnen zijn.

We hebben dus een paar suikermoleculen hier en ze zijn

net wat groter - of ze kunnen veel groter zijn.

Eigenlijk, zijn ze veel groter dan watermoleculen.

Je hebt een aantal - en ik teken er maar vier, maar je hebt er...

een triljoen, okee?

En er zijn nog veel meer watermoleculen.

Ik probeer alleen uit te beelden dat er meer watermoleculen dan

suikermoleculen zijn.

En dit membraan is halfdoorlaatbaar.

semi-permeabel...

permeabel betekent dat het dingen doorlaat

semi-permeabel beteket dat het niet volledig doorlaatbaar is.

Dus, semi-permeabel, in deze context, houdt in dat er

water door het membraan kan passeren.

Dus water kan erdoor, maar suiker niet.

Suiker is te groot.

Suiker kan er niet door. Omdat het molecuul te groot is.

Als we in zouden zoomen op het membraan zelf -

misschien ziet het membraan er zo uit,

Ik ga inzoomen op het membraan.

inzoomen dus...

Er zitter kleine gaatjes in het membraan, zo ongeveer.

En misschien zijn de watermoleculen ongeveer zo groot.

Ze kunnen dus door de gaten.

De watermoleculen gaan dus heen en weer door

de gaten, maar de suikermoleculen zijn ongeveer zo groot.

En ze passen dus niet door het gat.

Ze zijn te groot voor deze opening hier om heen

en weer te kunnen gaan.

Wat denk je dat er nu gaat gebeuren in deze situatie?

Om te beginnen, weer even onze terminologie.

Bedenk: Suiker is onze opgeloste stof.

Water is ons oplosmiddel.

Semi-permeabele membraan.

Welke kant van het membraan heeft een hogere

of lagere concentratie opgeloste stof?

Dat is dus de binnenkant.

De binnenkant is hypertoon.

Hypertoon, ik schrijf het er bij.

De buitenkant heeft een lagere

concentratie, en is dus hypotoon.

Hypo-toon. Het is hypotoon hierbuiten.

Goed, als deze openingen groot genoeg zijn, gebaseerd op waar we

net over gesproken hebben - deze jongens stuiteren rond,

water beweegt in beide richtingen, en een gelijke

kans of - eigenlijk ga ik het daar

zo over hebben.

Als alles wijd open stond, zou de kans gelijk zijn,

maar als alles wijd open stond, zouden deze jongens uiteindelijk

hiernaartoe stuiteren, en eindig je waarschijnlijk

met gelijke concentraties uiteindelijk.

En zo zou je dan je traditionele diffusie hebben, waarin

hoge concentratie van opgeloste stof naar

lage concentratie van opgeloste gaat.

Maar in dit geval, deze jongens - die passen niet

door deze openingen.

Alleen water kan heen en weer.

Als deze jongens er niet zouden zijn, zou water een gelijke

kans hebben om deze kant op te gaan, als ze zouden

hebben in die richting, een compleet gelijke kans.

Maar omdat de jongens aan de rechterkant, of - in dit geval -

aan de binnenkant van membraan.

Dit is de binnenkant van ons membraan, uitvergroot - Het is minder

waarschijnlijk omdat deze jongens in de weg kunnen zitten

voor de doorgangen - het is iets minder waarschijnlijk voor water

om in het pad naar de doorgang te zitten dus is het inderdaad

waarschijnlijker dat water binnenkomt dan dat water weggaat.

En ik wil dit heel duidelijk maken.

Als deze suikermoleculen hier niet waren, is het

logisch dat de kans gelijk is voor water om beide kanten op te gaan.

Maar nu deze suikermoleculen hier zijn, de

suikermoleculen kunnen aan de rechterkant zitten.

Ze zouden kunnen blokkeren - Ik denk dat de beste manier om hierover

te denken is het blokkeren van de weg naar de opening.

Ze zullen zelf nooit door de openingen heenkunnen,

en misschien zullen ze het niet eens blokkeren, maar ze gaan in

een willekeurige richting.

Dus als een watermolecuul richting opening kwam - het is allemaal

een kans dat het gebeurd, en we hebben het over triljoenen

moleculen - is het waarschijnlijker dat het geblokkeerd woord onderweg

naar buiten.

Maar bij de watermoleculen vanaf buiten - er is niets om hen

tegen te houden binnen te komen en je krijgt dus een

stroom van water naar binnen.

Dus in deze situatie, met een semi-permeabele membraan,

zal je water hebben.

Je zal een netto stroom van water naar binnen hebben.

En dit is dus, dit is interessant.

We hebben de oplosmiddel, dat van een hypotone situatie

naar een hypertone oplossing stroomt, maar het is

alleen hypotoon bij de opgeloste stof.

Dat is wanneer je het hebt over de opgeloste stof.

Maar water - als je het anderom bekijkt - als je

suiker als het oplosmiddel gebruikt, dan zou je kunnen zeggen dat we van een

hoge concentratie water naar een lage concentratie water gaan.

Ik wil je niet teveel in verwarring brengen.

Dit is wat mensen vaak in verwarring brengt, maar probeer je eens

voor te stellen wat er gaat gebeuren.

Het maakt niet uit wat voor situatie, de oplossing zal doen

wat het kan om de concentraties gelijk

te krijgen.

Om de concentraties aan beide

zijden zo gelijk mogelijk te krijgen.

En het niet even wat magie ofzo.

Het is niet alsof de oplossing denkt.

Het is allemaal gebaseerd op kansen en deze dingen die

rondstuiteren, maar in de situatie, is het waarschijnlijker

dat water de bak instroomt.

Het gaat dus eigenlijk van de hypotone zijde als

we het hebben over lage concentratie opgeloste stof naar de zijde

met een hoge concentratie opgeloste stof of

suiker - en eigenlijk, als dit ding rekbaar is, zal

er meer water naar binnen blijven stromen en zal

dit membraan oprekken.

Ik zal niet teveel in details treden hier, maar dit idee van water -

van het oplosmiddel - in dit geval is water het oplosmiddel -

van water als een oplosmiddel dat diffundeerd door

een semi-permeabele membraan, dat noemen we osmose.

Osmose.

Je hebt vast wel gehoord van leren door osmose, je stopt een boek

tegen je hoofd, en wie weet sijpelt de kennis zo je hoofd in.

Dat is hetzelfde idee.

Daar komt dat woord vandaan.

Het idee dat water door membranen sijpelt om

concentraties gelijk te maken.

Dus als je stelt, ik heb een hoge concentratie hier,

lage concentratie hier.

Als er geen membraan zou zijn, zouden deze grote moleculen

weggaan, maar er is een semi-permeabele membraan hier,

dus kunnen ze niet.

Dus het systeem zal gewoon door logisch en door kans - geen magie

hier - meer water zal binnenkomen om de concentraties

in evenwicht te brengen.

Uiteindelijk - als er misschien een paar moleculen hier buiten zijn - niet zo

hoog als deze concentratie - uiteindelijk zal, als alles de kans krijgt

volledig zijn gang te gaan, dan zal het punt bereikt worden waar

er net zoveel - je een net zo hoge

concentratie aan deze kant, als aan de rechterkant

omdat de rechterkant volloopt met

water, en waarschijnlijk ook een groter volume krijgt.

En dan, nogmaals, de kans dat een watermolecuul

naar links of naar rechts gaat zal

gelijk zijn, en er zal een soort evenwicht zijn.

Maar ik wil het heel duidelijk maken - Diffusie is het principe

van een - van ieder deeltje dat zich van een hogere concentratie verspreid

naar een gebied met een lagere concentratie en

simpelweg verder verspreidt.

Osmose is de diffusie van water.

En meestal heb je het over de diffusie van water

als een oplosmiddel, en meestal is het in de context van een

semi-permeabele membraan, waarbij de opgeloste stof niet

door de membraan heen kan.

Maar goed, hopelijk heb je dit nuttig

en niet compleet verwarrend gevonden.